CN112886936B - 一种新型微型超宽带高通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型微型超宽带高通滤波器，属于微波器件技术领域，包括腔体（1）、盖板（2）、微波基板（3）、集总电容（4）和集总电感（5），其中，所述微波基板（3）固定连接在所述腔体（1）内部底面上，所述集总电容（4）和集总电感（5）固定安置在所述微波基板（3）上，所述盖板（2）封装于所述腔体（1）上方，整体形成半开放式结构，开放的两侧设置有输入/输出端口（6）；本发明的滤波器频率覆盖S、C、X和Ku波段，其相对带宽大于140%，进一步挖掘了LC滤波器小型化潜力；同时实现了幅相一致性控制；并且易于设计、加工制造和调试，适合具有振动、宽温工作等严酷环境平台应用。

Description

一种新型微型超宽带高通滤波器
技术领域
本发明涉及微波器件技术领域，尤其涉及一种新型微型超宽带高通滤波器。
背景技术
目前，超宽带滤波器研究和设计主要集中在微带线和悬置带线两种结构上。
其中，微带线滤波器结构简单，便于分析、调试，目前已有多种成熟的微带线应用于超宽带滤波器的设计。但是微带线结构Q值低，由其构成的滤波器损耗较大，对于超宽带滤波器应用设计比较吃力。而且，其体积较大，不适合电子装备和通信系统小型化需求。
而悬置带线结构紧凑，由一个金属内腔、悬置于内腔中间的介质基片及其上下两侧（或单侧）的金属导带构成。相比于微带线，悬置带线的大部分电力线集中在空气中，介质引入影响小。悬置带线在介质层具有更小的电场强度，在金属层有着更小的电流密度，所以悬置带线Q值较高，由其构成的滤波器损耗小。
通常，在超宽带高通滤波器设计中，为实现响应高矩形度，往往采用椭圆函数响应。图1为一典型超宽带悬置带线高通滤波器电路原理图，对应三维仿真模型如图2所示。由图2的三维仿真模型看出，信号传输路径上，耦合电容由基片上下导带实现；并联谐振回路由λ/2短路（或λ/4开路）传输线实现。
但是悬置带线滤波器结构复杂，设计不方便；由于其属于封闭式结构，调试不方便；并联回路尺寸受限于工作波长，使得滤波器尺寸难以进一步小型化。
综上分析，在微波频段，限于Q值和工作波长等原因，现有的微带线和悬置带线均不能适应现代电子装备和通信系统发展需求。
LC滤波器采用集总电感、电容元件实现滤波器中的谐振和耦合，其中的“L”是指电感，“C”是指电容，故简称LC滤波器，其具有体积小、带宽宽、矩形度高、集成度高等优势，适应装备小型化、宽带化发展需求。因此，LC滤波器广泛应用于通信、雷达、导航制导、遥测遥感、电子对抗等领域。
通过采用微型高频高Q分立电容和电感，结合高密度集成技术，LC滤波器在充分发挥其小型化优势的同时，最大程度克服了因自身Q值低（尤其是在高频应用下）带来的插损大的问题。因此，在现代小型化超宽带电子系统的发展形式下，LC滤波器就成为悬置带线滤波器的最佳替代。
目前，LC滤波器工作频率往往在10GHz以下，相对带宽不超过100%，现有报道的小型化LC滤波器，封装尺寸6mm×6mm×2.5mm，但其相对带宽仅有16%。
本申请着眼于解决LC滤波器超宽带、小型化、幅相一致性控制等问题。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种新型微型超宽带高通滤波器，以解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种新型微型超宽带高通滤波器，包括腔体、盖板、微波基板、集总电容和集总电感，其中，所述微波基板固定连接在所述腔体内部底面上，所述集总电容和集总电感固定安置在所述微波基板上，所述盖板封装于所述腔体上方，整体形成半开放式结构，开放的两侧设置有输入/输出端口。
作为优选的技术方案：所述腔体与盖板采用激光封焊固定连接。
作为优选的技术方案：所述集总电容和集总电感均采用锡焊与微波基板固定连接。
作为优选的技术方案：对所述集总电容的主路位置参数进行调整控制，在所述集总电容主路位置点涂硅胶。具体而言，电容主要分为主路上的和接地的，在信号传输通路上，通过调整集总电容的相对位置参数等，控制频率高端的传输特性，实现滤波器S、C、X和Ku超宽带工作；通过在电容主路位置点涂硅胶，对传输特性进行微调，实现全频带幅相一致性控制，幅度一致性控制在±0.5dB，相位一致性控制在±6°。
作为优选的技术方案：在所述输入/输出端口设置“L”型微带过渡段，端口位于滤波器宽度方向中间位置，微带线宽0.4mm～0.45mm，通频带内驻波均可达到2.0以下，即在全频带范围内实现了阻抗匹配。而未设置过渡段时，频率高端驻波在2.2左右，即频率高端阻抗匹配略差。
本发明中，在信号传输通路上，通过集总电容产生信号耦合，在并联回路上，通过串联电感电容在阻带内产生微波谐振，从而实现微波信号滤波；微波基板（PCB）和各元件均优选通过锡焊工艺固定，输入/输出端口采用金带压接与外部电路互连。
本发明的微型超宽带高通滤波器结构，以锡焊工艺、金带压接工艺，实现滤波器的生产装配和调试，在现代电子通信系统中具有重要运用价值。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的滤波器结构，频率覆盖S、C、X和Ku波段，相对带宽超过140%；本发明采用微型高频高Q分立电容和电感克服了LC滤波器Q值低的缺陷；采用高密度集成技术进一步挖掘LC滤波器小型化潜力，高度仅有2mm；同时，采用高精度加工、装配及补偿技术实现幅相一致性控制；本发明的微型超宽带高通滤波器易于设计、加工制造和调试，适合具有振动、宽温工作等严酷环境平台应用。
附图说明
图1为现有技术中典型超宽带悬置带线高通滤波器电路原理图；
图2为现有技术中典型超宽带悬置带线高通滤波器三维仿真图；
图3为本发明实施例的微型超宽带高通滤波器的结构示意图；
图4为图3中的电容设计示意图；
图5为图3中的输入/输出端口匹配设计示意图；
图6为图4和图3装配后的结构示意图。
图中：1、腔体；2、盖板；3、微波基板；4、集总电容；5、集总电感；6、输入/输出端口。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例：
参见图1-图6，一种新型微型超宽带高通滤波器，包括腔体1、盖板2、微波基板3、集总电容4和集总电感5，其中，所述微波基板3固定连接在所述腔体1内部底面上，所述集总电容4和集总电感5固定安置在所述微波基板3上，所述盖板2封装于所述腔体1上方，整体形成半开放式结构，开放的两侧设置有输入/输出端口6；所述腔体1与盖板2采用激光封焊固定连接；所述集总电容4和集总电感5均采用锡焊与微波基板3固定连接；所述输入/输出端口6通过金带与外部电路相连；
本实施例中，微波基板3通过现有的锡焊工艺固定在腔体1上，集总电容4和集总电感5高密度集成排列焊接在微波基板3上，整个滤波器封装尺寸8mm×5mm×2mm；
其中，对于集总电容4，通过对比不同规格电容的通带性能，同时考虑指标一致性要求，本实施例优选0201/0402规格电容；对于集总电感5，考虑高频寄生，同时兼顾高Q值，本实施例确定电感规格φ0.4mm×n×0.12mm；对于微波基板3（PCB），首先确定板材为高频性能优越的厚度0.254mm的微波低损耗板材，其次，通过计算优化进行布板设计，确保焊盘大小、位置等满足超宽带指标要求；对于腔体1，考虑到滤波器输入/输出端口6为微带/共面波导形式，系统使用时进行金带压接，腔体1侧壁采用台面设计，滤波器采用半开放式结构；
为实现高频、超宽带工作，需对传输路径电路进行调整优化，传输路径主要由耦合电容组成，如图4所示。通过调整电容对地（腔体）距离参数可在一定程度上调整电路频率传输特性；另外，通过在输入/输出电容上“点涂”硅胶可调整传输信号的幅度和相位，从而实现幅相补偿，实现超宽带滤波器幅相一致性调试。
另外，如图5所示，在所述输入/输出端口6设置“L”型微带过渡段；
窄带或常规宽带情况下，一般通过调整元件值（尤其是端口处元件值）可实现端口阻抗匹配，而本发明为超宽带器件，工作频带高至18GHz，且输入/输出端口6通过金带与外部电路相连，端口电路对高频段影响较大，尤其对驻波影响较大，所以，通过对端口处微带过渡段，包括微带线位置、形状、宽窄等，进行调整优化，在超宽带范围内实现输入/输出阻抗匹配，达到超宽带工作要求。
为避免系统应用时，滤波器对外部电路产生干扰，屏蔽外接对滤波器本身干扰，本发明使用盖板2进行屏蔽，盖板2和腔体1采用激光封焊，这种半开放式结构封装，既满足微组装工艺要求又确保电磁屏蔽效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新型微型超宽带高通滤波器，其特征在于：包括腔体（1）、盖板（2）、微波基板（3）、集总电容（4）和集总电感（5），其中，所述微波基板（3）固定连接在所述腔体（1）内部底面上，所述集总电容（4）和集总电感（5）固定安置在所述微波基板（3）上，所述盖板（2）封装于所述腔体（1）上方，整体形成半开放式结构，开放的两侧设置有输入/输出端口（6），在所述输入/输出端口（6）设置微带过渡段。
2.根据权利要求1所述的一种新型微型超宽带高通滤波器，其特征在于：所述腔体（1）与盖板（2）采用激光封焊固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种新型微型超宽带高通滤波器，其特征在于：所述集总电容（4）和集总电感（5）均采用锡焊与微波基板（3）固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种新型微型超宽带高通滤波器，其特征在于：对所述集总电容（4）的主路位置参数进行调整控制，在所述集总电容（4）主路位置点涂硅胶。
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